(57)【要約】 【課題】  光路スイッチング装置へ投影された光線の投影パターンが、光路スイッチング装置の受光域に完全に入れる投影システムを提供し、照明効率を効果的に高める。【解決手段】  光線を提供する光源と、前記光線を中継し、および前記光線の焦点距離と、投射サイズを変更し、少なくとも１つのレンズからなるリレーモジュールと、前記光線を受けて、切換え、且つ、少なくとも１つの受光域を有する光路スイッチング装置と、前記リレーモジュールと前記光路スイッチング装置の間に設置され、前記光線を第１角度で前記光路スイッチング装置に投射し、且つ、前記光線の入射方向に互いに垂直な方向で傾斜する入射面を有する光路切換装置とを含む。【選択図】      図４Ａ
2005055866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を提供する光源と、
前記光線を中継し、および前記光線の焦点距離、および投射サイズを変更し、少なくとも１つのレンズからなるリレーモジュールと、
前記光線を受けて、切換え、且つ、少なくとも１つの受光域を有する光路スイッチング装置と、
前記リレーモジュールと前記光路スイッチング装置の間に設置され、前記光線を第１角度で前記光路スイッチング装置に投射し、且つ、前記光線の入射方向に互いに垂直な方向で傾斜する入射面を有する光路切換装置とを含む投影システム。
【請求項２】
前記光線は、垂直に前記入射面に入射し、且つ、前記入射面は、前記光路スイッチング装置の各側壁とに第２角度を形成し、且つ、前記第２角度は、前記第１角度に応じて変わり、前記光路切換装置から前記光路スイッチング装置に投射された前記光線の投影パターンは、前記受光域の形とサイズに相当する請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
前記光線の色を変えるカラー選択構造と、
前記光線を均一にする光統一装置と、
前記光路スイッチング装置の前記光線の画像信号を表示するディスプレイ装置と、
前記光路スイッチング装置と前記ディスプレイ装置の間に設置され、前記光線を中継する投影レンズとを更に含む請求項１に記載の投影システム。
【請求項４】
前記光路切換装置は、内部全反射プリズム（ＴＩＲプリズム）または、反転内部全反射プリズム（ｒｅｖｅｒｓｅｄ  ＴＩＲプリズム）からなることができる請求項１に記載の投影システム。
【請求項５】
受光装置へ光線を投射する光路切換装置であって、
前記光線を転換し、且つ、入射面を有する少なくとも２つの光路切換構造、および
前記光路切換構造の間にある少なくとも１つの空気隙間を含み、
前記入射面は、前記光線の入射方面に互いに垂直な方向で傾斜する光路切換装置。
【請求項６】
前記光線は、第１角度で前記受光装置に投射され、
前記入射面は、各側壁とに第２角度を有し、
前記第２角度は、前記第１角度に応じて変わり、且つ、前記光路切換装置から前記光路スイッチング装置に投射された前記光線の投影パターンは、前記受光域の形とサイズに相当する請求項５に記載の光路切換装置。
【請求項７】
前記受光装置は、光路スイッチング装置を含み、前記光路スイッチング装置は、前記光線を受けたり、切換えたりする請求項５に記載の光路切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影システムおよびその光路切換装置に関し、特に、高照度の効率を有する投影システムとその光路切換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学の投影ディスプレイでは、光源から放射された光線は、光路スイッチング装置へ投射された。光路スイッチング装置は、複数の微小光路切換素子を有し、これらの光線が導かれ、リフォームされ、影像となってディスプレイ画面の上へ投影される。従来の光学の投影ディスプレイの例は、テキサス・インスツルメンツ（ＴＩ）のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、複数のマイクロミラーで構成されており、それらは、２つの既定の傾斜角度の１つに選択的に設置される。よって、ディスプレイ上の各ピクセルは、光線が投影システムに通過するブライトモードか、或いは、高線が投影システムに通過しないダークモードのどちらかに選択的に切り替えることができる。
【０００３】
図１は、従来の投影システム１００を図解している。図２Ａは、図１の内部全反射（ＴＩＲ）プリズム１１２と光路スイッチング装置１１４の局部透視図である。さらに、図２ＡのＸ−Ｙ面の側面図は、図２Ｂに示され、図２ＡのＸ−Ｚ面の上面図は、図２Ｃに示されている。
【０００４】
図１を参照しながら、投影システム１００の光路を説明する。光源１０２から放射され、集光構造によって集光された光線Ｉは、カラー選択構造１０６、光統一装置１０８、リレー・レンズ１１０、内部全反射プリズム１１２を通過し、光路スイッチング装置１１４へ投影される。光路スイッチング装置１１４の切換で、画像信号に対応する光線Ｉは、投影レンズ１１６を通過し、ディスプレイ装置１１８へ投影されて画像を表示する。
【０００５】
一般的に、投影レンズ１１６と光路スイッチング装置１１４は、軸上構造で設置されている。具体的に言うと、光線Ｉは、投影レンズ１１６の光軸にほぼ平行な面に沿って投影レンズ１１６へと投射される。それに応じて、内部全反射プリズム１１２によって反射した光線Ｉは、傾斜角θで光路スイッチング装置１１４へ投影される。つまり、光線Ｉは、傾斜角θと軸外方式で光路スイッチング装置１１４に向かって投影される。
【０００６】
図２Ａと図２Ｃを参照して、光路の構造を更に詳細に説明する。図２Ａでは、光線Ｉは、入射面１２０の内部全反射プリズム１１２に向けて垂直に入射され、軸外方式で光路スイッチング装置１１４へ投影される。図２Ｂに示されたように、Ｘ−Ｙ面から見ると、光線Ｉは、傾斜角θで光路スイッチング装置１１４へ投影される。更に、図２Ｃに示されたように、Ｘ−Ｚ面から見ると、内部全反射プリズム１１２の光線Ｉは、内部全反射プリズム１１２の側壁１２２に平行した方向に投射される。
【０００７】
内部全反射プリズム１１２からの光線Ｉが傾斜角θで光路スイッチング装置１１４へ投射されることから、光路スイッチング装置１１４の光線Ｉの投影パターン１２６は、引き伸ばされ、変形されて平行四辺形となる。しかし、投影パターン１２６は、通常長方形をした光路スイッチング装置１１４の受光域１２４を越える。したがって、光路スイッチング装置１１４で光度の浪費が生じ、投影システム１００の照明効率を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、本発明の目的は、光路スイッチング装置へ投影された光線の投影パターンが、光路スイッチング装置の受光域に完全に入れる投影システムを提供し、照明効率を効果的に高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、投影システムを提供する。投影システムは、光源と、リレーモジュールと、光路スイッチング装置と光路切換装置とを含む。
【００１０】
光線を放射し、リレーモジュールによって中継される光源と、
前記光線を受けて、切換え、且つ、少なくとも１つの受光域を有する光路スイッチング装置と、
前記リレーモジュールと前記光路スイッチング装置の間に設置され、前記光線を第１角度で前記光路スイッチング装置に投射し、且つ、前記光線の入射方向に互いに垂直な方向で傾斜する入射面を有する光路切換装置とを含む。
【００１１】
更に、本発明は、光路切換装置へ光線を投射する投影システムを提供する。光路切換装置は、少なくとも２つの光路切換構造と少なくとも１つの空気隙間を有する。各光路切換構造は、光線を切換え、入射面を有する。空気隙間は、光路切換構造の間に設置される。更に、入射面は光線の入射方向に垂直に傾斜する。
【００１２】
本発明では、受光装置は、光線を受けたり、切り替えたりする光路スイッチング装置を含む。光路スイッチング装置は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）またはシリコン液晶（ＬＣｏＳ）からなることができる。更に、光線は、入射面へ垂直に入射し、光路スイッチング装置の各側壁で第２角度を形成し、第１角度に応じて変わる。
【００１３】
本発明の投影システムは、更に、光線を集光する集光装置と、光線の色を変えるカラー選択構造と、光線を均一に融合する光統一装置と、光路スイッチング装置の前記光線の画像信号を表示するディスプレイ装置と、光路スイッチング装置とディスプレイ装置の間に設置され、光線を中継する投影レンズとを含むことができる。更に、リレーモジュールは、光線の焦点と投射距離を調整する少なくとも１つのレンズを含むことができる。更に、光路切換装置は、内部全反射プリズム（ＴＩＲプリズム）または、反転内部全反射プリズム（ｒｅｖｅｒｓｅｄ  ＴＩＲプリズム）からなることができる。
【００１４】
本発明では、光路切換装置から光路スイッチング装置へ放射された光線の投影パターンは、受光域のサイズと形に相当する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光路切換装置の傾斜入射面によれば、従来の投影システムでの軸外入射による投射パターンの変形がなくなる。その結果、光路スイッチング装置の受光域に完全に重なり、全光線が受光域に投射される。よって、照明効率を大幅に増進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【００１７】
図４Ａは、本発明の光路切換装置２００の１つの実施例の概略図である。図４ＡのＸ−Ｚ面の上面図は、図４Ｂに示されている。図４Ａと図４Ｂの二つを参照すると、光路切換装置２００は、少なくとも２つの光路切換装置２００ａと２００ｂを含み、空気隙間２０８が光路切換装置２００ａと２００ｂの間に設置されている。入射面２０２は、光線Ｉの入射方向に垂直に傾き、角度αは、入射面２０２と２つの側壁２０４の法線の間に形成される。光路切換装置２００は、光線の入射方向から異なる方向に光線を変える。
【００１８】
光路切換装置２００は、内部全反射プリズムまたは、反転内部全反射プリズムからなることができる。光路切換構造は、ガラス、またはその他の屈折率が１より大きい光伝導性の材料プリズムからなることができる。
【００１９】
光路切換構造２００ａと２００ｂの屈折率は、空気隙間２０８の屈折率よりかなり大きく、したがって、光線Ｉが光路切換構造２００ａと２００ｂの間の表面を通過した時、屈折率と入射角の差異により内部全反射が生じ、光線Ｉが光路スイッチング装置１１４へと投射される。
【００２０】
図４Ａと図４Ｂを更に参照すると、光線Ｉは、入射面２０２の光路切換構造２００へ投射され、軸外方式で光路スイッチング装置１１４へと投射される。
【００２１】
Ｘ−Ｙ面から見ると、光線Ｉは、入射面２０２へ垂直に入射され、傾斜角で光路スイッチング装置１１４に向けて投射される（ｉ．ｅ．光線Ｉと光路スイッチング装置１１４の法線の角度）。更に、図４Ｂに示されたように、Ｘ−Ｚ面から見ると、光線Ｉは、光路切換装置２００へ入射し、光路切換装置２００の各側壁２０４とで角度αを形成し、図１に見られるように、投影レンズ１１６へ向けて同じ角度で光路切換装置２００へと放射される。
【００２２】
図５は、本発明の光路切換装置２００を通過した光線Ｉの投影パターン２０６の概略図である。光路切換装置２００からの光線Ｉは、傾斜角θで光路スイッチング装置１１４へと投射されることで、光路スイッチング装置１１４の光線Ｉの投射パターンが引き伸ばされ、変形される。しかし、光路切換装置２００の入射面２０２は、角度αで傾斜にセットされることで、変形した投射パターンは、光路スイッチング装置１１４で最後の投射パターン２０６に対応するように前もって引き伸ばされ、ほぼ長方形となり、光路スイッチング装置１１４の長方形の受光域１２４のサイズと形に相当する。よって、光度の浪費が減少され、投影システム２００の照明効率が大幅に増進する。
【００２３】
図１と図４Ａでは、図１の内部全反射プリズム１１２が本発明の図４Ａと図４Ｂの光路切換装置２００に取り替えられている。本発明の投影システムは、光源１０２、リレーモジュール１２８、光路スイッチング装置１１４、光路切換装置２００、およびディスプレイモジュール１３０を有している。光路切換装置２００の入射面２０２は、側壁２０４の法線と角度αを形成する。
【００２４】
光源１０２は、点状または線状であることができ、光線Ｉを投影システム１００に放射する。更に、集光構造１０４を用いて光線Ｉを集光し、リレーモジュール１２８の上に焦点を合わせることができる。
【００２５】
リレーモジュール１２８は、光源１０２と光路切換装置２００の間に設置され、光線Ｉの投影距離を中継したり、変えたりする。リレーモジュール１２８は、光線Ｉの色を変えるカラー選択構造１０６、光線Ｉを均一に融合する光統一装置１０８、及びリレーレンズ１１０を含むことができる。カラー選択構造１０６は、カラーホイールまたは偏光板であることができる。
【００２６】
光統一装置１０８は、光源１０２から光線Ｉを受けて融合させる。光統一装置１０８の周辺の壁は、反射面を含み、光統一装置自体は、ライトトンネル（ｌｉｇｈｔ  ｔｕｎｎｅｌ）を含むことができる。
【００２７】
リレーレンズ１１０は、光線Ｉを中継し、また焦点と投影拒離を調整する。通常、リレーレンズ１１０は、同じか、または異なるタイプのいずれかの複数のレンズを含んでいる。
【００２８】
光路切換装置２００は、リレーモジュール１２８と光路スイッチング装置１１４の間に設置され、光線Ｉを光路スイッチング装置１１４へ導く。光路切換装置２００の構造は、上述にて詳細に説明されている。
【００２９】
光路スイッチング装置１１４は、複数の光路スイッチング素子（未表示）を有し、それぞれ光線Ｉの方向をコントロールする。受光域（ｅ．ｇ．図５の受光域１２４）は、光路スイッチング素子によって形成される。光路スイッチング装置は、デジタル・マイクロミラー・デバイス、シリコン液晶（ＬＣｏＳ）、またはその他の受光装置からなることができる。更に、角度は、光線Ｉと光路スイッチング装置１１４の法線の間に形成され、前述の軸外投影角度θを含む。
【００３０】
投射モジュール１３０は、光路スイッチング装置１１４から光線Ｉを受け、光線Ｉの画像信号を形成する。投射モジュール１３０は、投影レンズ１１６とディスプレイ装置１１８を含むことができる。
【００３１】
投影レンズ１１６は、光線Ｉを中継し、また焦点と投影拒離を調整する。投影レンズ１１６は、同じか、または異なるタイプのいずれかの複数のレンズを含むことができる。
【００３２】
ディスプレイ装置１１８は、光路スイッチング装置１１４から光線Ｉの画像信号を表示する。ディスプレイ装置１１８は、ＬＣＤモニター、投影モニター、或いは、その他のタイプのディスプレイであることができる。
【００３３】
投影システム１００では、光源１０２から放射された光線Ｉは、傾斜角θで光路切換装置２００を通過する。更に、入射面２０２と光路切換装置２００は、角度αを形成する。よって、光路スイッチング装置１１４の投影パターン２０６は、ほぼ長方形に変わり、光路スイッチング装置１１４の長方形の受光域１２４のサイズと形に相当する。よって、光度の浪費が減少され、投影システム２００の照明効率が大幅に増進する。
【００３４】
注釈するのは、本実施例の２つのプリズムと空気隙間で構成された光路切換装置は、２つ以上のプリズムと空気隙間で構成することも可能である。反転型光路切換装置３００の実施例を図６Ａで示す。
【００３５】
図６Ａと図６Ｂでは、反転型光路切換装置３００は、複数の光路切換構造３０６ａ、３０６ｂと３０７ｃを有している。角度αは、光路切換構造３０６ａの入射面３０２の法線と２つの側壁２０４の法線の間に形成されている。よって、光線Ｉは、傾斜角αで入射面３０２を通過し、角度θで光路スイッチング装置１１４に投射され、光路スイッチング装置１１４の受光域のサイズと形に相当する投影パターンを形成する。
【００３６】
本発明の光路切換構造に更なる実施例を用いる。図４Ａと図４Ｂを参照すると、角度θが２２゜から２４゜にセットされた時、入射面２０２と側壁２０４の間の角度αは約８゜である。よって、光路スイッチング装置１１４に投射された光線２０６の投影パターンは、光路スイッチング装置１１４の受光域１２４のサイズと形に相当する（または、重なる）。よって、光度の浪費が減少され、投影システム１００の照明効率が大幅に増進する。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の投影システムの概略図である。
【図２Ａ】図１の内部全反射（ＴＩＲ）プリズムと光路スイッチング装置の局部透視図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＸ−Ｙ面の側面図である。
【図２Ｃ】図２ＡのＸ−Ｚ面の上面図である。
【図３】従来の内部全反射（ＴＩＲ）プリズムを通過した光線の投影パターンの概略図である。
【図４Ａ】本発明の光路切換装置の１つの実施例の概略図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＸ−Ｚ面の上面図である。
【図５】本発明の光路切換装置を通過した光線の投影パターンの概略図である。
【図６Ａ】本発明の光路切換装置のもう１つの実施例の概略図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＸ−Ｙ面の側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  投影システム
１０２  光源
１０４  集光構造
１０６  カラー選択構造
１０８  光統一装置
１１０  リレーレンズ
１１２  内部全反射レンズ
１１４  光路スイッチング装置
１１６  投影レンズ
１１８  ディスプレイ装置
１２０、２０２  入射面
１２２、２０４  壁面
１２４  受光域
１２６、２０６  投影パターン
１２８  リレーモジュール
１３０  ディスプレイモジュール
２００  光路切換装置
２００ａ、２００ｂ  光路切換装置
２０８  空気隙間
Ｉ      光線
θ、α  角度
【図１】
2005055866.tif 000003
【図２Ａ】
2005055866.tif 000004
【図２Ｂ】
2005055866.tif 000005
【図２Ｃ】
2005055866.tif 000006
【図３】
2005055866.tif 000007
【図４Ａ】
2005055866.tif 000008
【図４Ｂ】
2005055866.tif 000009
【図５】
2005055866.tif 000010
【図６Ａ】
2005055866.tif 000011
【図６Ｂ】
2005055866.tif 000012